College of Technology FATEC

Fundamentals concerning thermal-optic properties of ceramic material are essential to point out the optimized pore size range where thermal insulation efficiency can be maximized . The electromagnetic spectrum in highlights that the Infrared (IR) range comprises wavelengths (λ) from 0,7 μm to 1000 μm.

The main reasons for using insulating ceramics as furnace linings are
due to saving energy costs and environmental concerns. Traditional
materials have high fused silica content to lower thermal expansion,
absorb thermal radiation and enhance thermal shock resistance.
However, silica migrates to surfaces under a reducing atmosphere,
because solid SiO2 converts to SiO vapor. Commercial Al2O3–SiO2 and
Al2O3–ZrO2–SiO2 linings present high porosity (70 to 85 vol-%), but
densify during use due to silica based binders. An alternative should
be a plain Al2O3 insulating lining, but it presents low thermal shock
performance and higher thermal conductivity. This work presents
the design and application of Al2O3-based foamed lining refractories
with low and stable thermal conductivity (0,25 W/mK), high porosity
(84 vol-%), good compressive strength and high resistance to thermal
shock. This material was applied as insulating lining in a glass
melting furnace operating at 1700 °C. The proposed porous ceramic
showed lower energy consumption when compared to commercial ones.

par ameters. In other words, the actual data of these materials indicate that their mechanical behaviour depends on more than just their porosity. Questions have been raised regarding the models proposed by Ashby et al. , which indicate that the relative strength of a porous material is a function of its relative density as follows:

A green direct-foaming technique for the production of porous ceramics is presented. This method was developed considering the necessities to fulfill three aspects of macro-porous ceramics processing nowadays. Firstly, the assurance of a green processing route without needing any toxic additives/solvents or atmospheric control. Secondly, the optimization of packing and dispersions of ceramic suspension aiming denser pore walls, high mechanical strength and low shrinkage of macroporous structure at working temperatures. And finally, the improvement of processing reproducibility of large-scale production of porous ceramics by specially designed foaming equipment. Porous ceramics of large dimensions (250mm x 60mm x 110mm) showed high porosity level (>70%) with homogeneous and narrow pore size distribution, high Weibull modulus (8 to 11), splitting strength in the range of 2 to 15 MPa for different compositions and low values of thermal conductivity from 200 o C up to 1200 o C (0.3 to 0.5 W/mK).

This work focuses on the development of tools for processing foams containing particles. By defining a foam stability index model and correlating it with the suspension viscosity, it was possible to build up a road map to indicate whether a suspension could or not result in high quality foams. The comparison of the literature data with predictions of the present model showed suitable agreement with the properties previously reported. It was also observed that by using the road map concept, foam systems can be understood better, which can lead to further innovative technologies.

Cerâmicas porosas têm sido aplicadas em processos de refino, microfiltração de líquidos e emulsões e, também, como isolantes térmicos a altas temperaturas. Embora exista uma vasta aplicação tecnológica destes materiais, há poucos estudos na literatura sobre a obtenção de cerâmicas usando-se espuma como precursora da porosidade e seus efeitos nas propriedades finais do corpo. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho compreende a avaliação de distintos agentes químicos espumantes catiônicos e aniônicos e de um agente viscosificante na produção e estabilidade de espumas aquosas. Os critérios de avaliação destes aditivos foram o volume de espuma produzido, o tempo para colapsar as bolhas de ar e a natureza química dos surfactantes. Os corpos cerâmicos porosos obtidos foram avaliados quanto à sua porosidade, densidade e distribuição de tamanho de poros. Palavras-chave: espumas, alumina porosa, processamento cerâmico.

Cerâmicas porosas têm sido aplicadas em processos de refino, microfiltração de líquidos e emulsões e, também, como isolantes térmicos a altas temperaturas. Embora exista uma vasta aplicação tecnológica destes materiais, há poucos estudos na literatura sobre a obtenção de cerâmicas usando-se espuma como precursora da porosidade e seus efeitos nas propriedades finais do corpo. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho compreende a avaliação de distintos agentes químicos espumantes catiônicos e aniônicos e de um agente viscosificante na produção e estabilidade de espumas aquosas. Os critérios de avaliação destes aditivos foram o volume de espuma produzido, o tempo para colapsar as bolhas de ar e a natureza química dos surfactantes. Os corpos cerâmicos porosos obtidos foram avaliados quanto à sua porosidade, densidade e distribuição de tamanho de poros. Palavras-chave: espumas, alumina porosa, processamento cerâmico.

A caracterização física de um material cerâmico auxilia na avaliação do seu processamento e desempenho em altas temperaturas. Dentre as técnicas de avaliação microestrutural, três delas foram estudadas neste trabalho: método de imersão (Arquimedes), de expulsão de água e de intrusão de mercúrio. O objetivo do estudo foi o de avaliar quais delas fornecem parâmetros mais representativos para estimar as constantes de permeabilidade de concretos refratários auto-escoantes de alta alumina. Os valores de permeabilidade foram calculados pela equação de Ergun e comparados com resultados de permeabilidade obtidos experimentalmente. A estimativa da permeabilidade a partir da utilização conjunta de parâmetros obtidos pelos métodos de imersão (porosidade aparente) e de expulsão de água (diâmetro máximo de poro) se mostrou mais adequada que a obtida a partir de resultados fornecidos pela técnica de porosimetria de mercúrio. Palavras-chave: permeabilidade, porosimetria, microestrutura, concreto refratário, equação de Ergun.

A microfiltração é um processo que usa uma membrana microporosa como barreira permeável na separação de duas fases [1]. Esse processo é aplicado no processamento de rejeitos industriais, indústria de alimentos, cosméticos, processos químicos entre outros [1-3]. Dentre os materiais para produção de membranas microporosas destacam-se os cerâmicos, devido à sua estabilidade química, dimensional, alta durabilidade e resistência a alta temperatura e pressão [2]. Comercialmente, os tubos cerâmicos porosos para microfiltração são formados por duas partes: um substrato e uma membrana, ambos porosos, mas com finalidades distintas. O substrato proporciona resistência mecânica em uso, apresenta porosidade na faixa de 30 a 40%, poros de 1 a 3 µm de diâmetro e espessura de parede em torno de 2 mm [2-4]. Já a membrana é depositada sobre a parede interna do Processamento e avaliação das propriedades de tubos cerâmicos porosos para microfiltração de emulsões

Cerâmicas porosas têm sido aplicadas em processos de refino, microfiltração de líquidos e emulsões e, também, como isolantes térmicos a altas temperaturas. Embora exista uma vasta aplicação tecnológica destes materiais, há poucos estudos na literatura sobre a obtenção de cerâmicas usando-se espuma como precursora da porosidade e seus efeitos nas propriedades finais do corpo. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho compreende a avaliação de distintos agentes químicos espumantes catiônicos e aniônicos e de um agente viscosificante na produção e estabilidade de espumas aquosas. Os critérios de avaliação destes aditivos foram o volume de espuma produzido, o tempo para colapsar as bolhas de ar e a natureza química dos surfactantes. Os corpos cerâmicos porosos obtidos foram avaliados quanto à sua porosidade, densidade e distribuição de tamanho de poros. Palavras-chave: espumas, alumina porosa, processamento cerâmico.

In many applications, open-cell ceramics are expected to undergo severe thermal stresses, for instance, in their use as molten metal filters. However, only a few studies have considered the thermal shock behavior of these materials. One of the main reasons is the theoretical approach used for dense ceramics which may not be valid for porous materials. In this context, the aim of this work is to analyze the effects of permeability, specific surface area and thermal conductivity on the mechanical behavior of ceramic filters subjected to water quenching tests. Al 2 O 3-SiC filters with nominal cell sizes, expressed as the number of pores per linear inch (ppi), ranged from 8 to 30 ppi were used in the experimental tests.

The creep behavior of solid ceramics is strongly affected by the microstructure. Fundamentally, there are three microstructural features which influence the creep behavior: the mineral content, the flux content and the apparent porosity. Additionally, the creep of cellular ceramics also depends on their macrostructure constituted by a tridimensional array of struts. Therefore, the creep analysis of these materials should consist of two stages. Firstly, identification of the macrostructure deformation mode and secondly, determination of the stress exponent (n) and the activation energy (Q). In this work the analysis of creep under compression of 0.034; 0.051 and 0.068 MPa at 1500, 1550 and 1600 o C in air was carried out in Al 2 O 3 filters with 10 ppi. The results suggested that buckling of struts is an important factor to be considered, since it contributes to increase the deformation rate and, therefore, the values of n and Q. Besides the struts deformation mode, the way that the creep test is carried out (with or without load change) will influence the determination of n and Q values.

Thermal shock damage resistance in advanced refractories depends on the crack interactions with the microstructure. These energy dissipation mechanisms during crack propagation are not directly considered in the original classical thermal shock model of Hasselman. They are imbedded within the N and g terms of his derivations. In this extension of Hasselman's work, an expression is presented, which estimates the final crack size (' f) as the fracture surface energy ratio between g NBT and g WOF. That expression directly considers the crack interaction mechanisms with the refractory microstructure as it includes the R-curve behavior effects. In addition, the equation presented allows a quantitative evaluation of the volumetric density of cracks in refractories.

The present work highlights that α-alumina hydrophobicity (attained by the in situ modification of its surface properties with water soluble organic monoacids) cannot be increased by using molecules with low acidity (pKa) values due to the alumina zeta potential profile at pHs below approximately 4. In order to certify this statement, the effects of short-chain fatty acids and fluorinated ones on the alumina contact angle (θe) with water were analyzed. It is also pointed out that the θe values derived from the experiments carried out using fluorinated acids are the highest possible when monoacid surfactants are added in α-alumina suspensions in acidic pH. This result indicates that there is another constraint to the in situ hydrophobization procedure, which was not previously elucidated or fully settled in literature.

Em diversas aplicações as cerâmicas celulares são submetidas a tensões térmicas severas, tal como na filtração de metais fundidos. Contudo, há poucos estudos sobre o desempenho ao choque térmico destes materiais. Uma das razões é que a metodologia para análise desta classe de materiais deve ser distinta daquela utilizada para os materiais cerâmicos densos. Isto porque no caso dos materiais celulares para filtração de metais fundidos o meio causador do choque térmico infiltra-se rapidamente na estrutura reticular de poros, reduzindo o gradiente de temperatura entre a superfície externa e a do interior do corpo. Neste contexto, a proposta do presente trabalho é verificar os efeitos de algumas propriedades dos filtros cerâmicos em seu comportamento mecânico durante testes de choque térmico em água. As propriedades consideradas são a permeabilidade, a condutividade térmica e a área superficial específica dos filtros. Para isto foram utilizados os filtros cerâmicos do sistema de Al2O3-Si...

after hardening, HA-containing castables results in a much less permeable structure when compared to CAC-based ones, which leads to higher explosive spalling likelihood during the water dry-out [7, 8]. Based on that, colloidal silica-bonded products were presented as an alternative to overcome the drawbacks of other binder systems [4, 9]. Details of the benefits of this nano-binder have been shown in a review paper by Nouri-Khezrabad et al. [10], where the main differences have been compared to the aforementioned traditional hydraulic ones. Contrary to hydraulic binders like CAC and HA, colloidal silica does not give rise to hydrated phases during setting step. When combined with other refractory particulate materials, colloidal silica particles can be linked together using different setting mechanisms, such as gelling and coagulation, providing initial strength when applied to ceramic systems [11]. Gelling process takes place when siloxane groups are The use of colloidal silica as a CaO-free binding system for refractory castables has been increasing recently. Nevertheless, the resultant low green mechanical strength of these castables has hindered their application in relevant areas. The current paper provides a novel engineering route to improve the green mechanical properties of colloidal silica bonded refractories. To attain this purpose, calcium aluminate cement (CAC) and/or hydratable alumina (HA) were used as gelling agents. Splitting tensile test showed that although using HA resulted in a more significant increase in the mechanical strength of the samples when compared to CAC, using a combination of both additives (CAC+HA) had the most positive impact on the green mechanical properties of the castables, leading to strength levels as high as the reference cement-bonded system (CAC-Ref). XRD and DTG tests were carried out to evaluate the hydration behaviour of the selected additives. The results indicated that CAC enhanced the hydration of HA based on the accelerated dissolution of the gel layer formed on HA particles, which was induced by the Al(OH) 4 common ion effect. Nevertheless, XHR-SEM results showed that HA on its own is an efficient gelling agent for colloidal silica bonded refractory castables, providing a unique hybrid gelled nanostructure in the matrix.

A eficiência energética de isolantes térmicos cerâmicos que são utilizados em altas temperaturas é definida pela condutividade térmica (K) do material. Os mecanismos básicos de transferência de calor, que são a condução, a radiação e a convecção são neste texto relacionados com os principais parâmetros microestruturais de interesse visando à obtenção de isolantes térmicos com valores de condutividade térmica adequados para o uso em uma ampla faixa de temperatura. Pôde-se concluir que a condutividade térmica de cerâmicas porosas é função da composição e microestrutura da porção sólida do material. Além disso, a porosidade total e o tamanho de poros são variáveis fundamentais, sendo que quanto maior a fração volumétrica de poros menor a condutividade térmica. Mostrou-se que poros com tamanho entre 0,5 e 4 µm são os mais eficazes para a redução de K, devido à menor permeabilidade e elevada capacidade de espalhamento conferida à microestrutura. Também foi possível concluir que a presenç...

A caracterização física de um material cerâmico auxilia na avaliação do seu processamento e desempenho em altas temperaturas. Dentre as técnicas de avaliação microestrutural, três delas foram estudadas neste trabalho: método de imersão (Arquimedes), de expulsão de água e de intrusão de mercúrio. O objetivo do estudo foi o de avaliar quais delas fornecem parâmetros mais representativos para estimar as constantes de permeabilidade de concretos refratários auto-escoantes de alta alumina. Os valores de permeabilidade foram calculados pela equação de Ergun e comparados com resultados de permeabilidade obtidos experimentalmente. A estimativa da permeabilidade a partir da utilização conjunta de parâmetros obtidos pelos métodos de imersão (porosidade aparente) e de expulsão de água (diâmetro máximo de poro) se mostrou mais adequada que a obtida a partir de resultados fornecidos pela técnica de porosimetria de mercúrio.